concours EPF communication chez les dauphins. 2006

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Comme de nombreux autres animaux (éléphants, chauve-souris...), les dauphins communiquent en émettant des sons.

L’émission d’ondes sonores leur permet aussi de chasser et de se localiser. Ce sont ces trois aspects que nous allons traiter dans cet exercice.

1 - Définir ce qu’est une onde mécanique.

 Une onde mécanique est la propagation d'une perturbation, avec transport d'énergie, sans transport de matière.

Le dauphin perçoit, comme l’homme, les sons ayant une fréquence comprise entre 20Hz et 20kHz. Il peut aussi émettre et capter des ultrasons qui lui permettent de se localiser par écho grâce à un biosonar.

2 - A quelles fréquences se situent les ultrasons ?

Les ultrasons ont des fréquences supérieures à 20 kHz.

Pour étudier les ultrasons produits par les dauphins, on dispose d’un émetteur et de deux recepteurs à ultrasons placés dans l’eau. L’émetteur génère une onde ultrasonore progressive et sinusoïdale.

Définir chacun des trois termes : ultrasonore, progressive et sinusoïdale.

Onde ultrasonore : la fréquence est supérieure à 20 000 Hz.

Onde progressive : l'onde se propage à partir de l'émetteur dans toutes les directions possibles.

Onde sinusoïdale : l'amplitude est une fonction périodique sinusoïdale du temps et de l'espace.

Les recepteurs, distants de d = 12mm, sont branchés `a une interface reliée à un ordinateur. On obtient l’enregistrement ci-dessous des signaux détectés par les deux récepteurs (le récepteur 1 est le plus proche de l’émetteur).

4-1 Déterminer la fréquence des ondes ultrasonores émises.

Calculer le retard entre les deux signaux enregistrés (ce retard est inférieur à la période des ondes).

4-3 En déduire la célérité des ondes ultrasonores dans l’eau.

fréquence : 1/T = 1/ 20 10^-6 =50 kHz.

retard Dt= 8 10^-6 s.

célérité = d / Dt= 12 10^-3 / 8 10^-6 ; c = 1500 m/s.

Les dauphins n’émettent pas des ondes ultrasonores en continu mais des salves très brèves appelées ”clics”. Un train de

”clics” est une série de plusieurs ”clics”. Suivant que le dauphin cherchera à se localiser ou à trouver de la nourriture, il modifiera la durée du train de ”clics” et le nombre de ”clics” contenus dans un train. Les ”clics” d’un même train sont émis à intervalles de temps réguliers et ont la même fréquence.

La figure ci-dessous représente, `a gauche, un exemple de ”clics” et au centre un train de clics (traits verticaux).

5-1 Comparer la durée totale d’un clic et la durée entre deux clics d’un train. Justifier alors la représentation d’un train de clics.

Durée totale d'un clic ( figure de gauche) t₁ = 80 ms ; Durée séparant deux trains successifs : t₂ = 60 ms voisin de 750 t₁.

Afin de se localiser, le dauphin émet d’autres ”clics” de fréquence 50kHz et de portée de plusieurs centaines de mètres. Ces”clics”, espacés de 220 ms se réfléchissent sur le fond marin et sont captés à leur retour par le dauphin. La perception du retard de l’écho lui fournit des informations concernant l’aspect de ce fond marin ou la présence d’une masse importante (nourriture ou bateau).

Sachant que la célérité des ultrasons dans l’eau salée est c= 1530 m/s

5-2 Déterminer, en utilisant la figure ci-dessus, tracé de droite, l’intervalle de temps Dt séparant l’´émission d’un clic et la

réception de son écho, en déduire la distance H à laquelle se trouve le dauphin du fond marin.

durée d'un aller et un retour Dt = 200 ms = 0,2 s ; durée de l'aller ou du retour : ½Dt =0,1 s.

H = c ½Dt =1530*0,1 = 153 m.